Optimización de la síntesis de aldehído canfolénico a partir del epóxido de α-pineno con Cu/MCM-41

Optimization of the synthesis of campholenic aldehyde from α-pinene epoxide with Cu/MCM-41

Se sintetizó el catalizador Cu/MCM-41 mediante impregnación húmeda incipiente y se caracterizó por DRX, XPS, TPD-NH₃ y adsorción-desorción de N₂. Se evaluó el efecto de diferentes condiciones de reacción (temperatura, tiempo, tipo de solvente y cantidad de catalizador) en la isomerización del epóxido de α-pineno para la obtención de aldehído canfolénico con el catalizador Cu/MCM-41, que no había sido reportado previamente para este tipo de reacción. Se partió de un diseño experimental central compuesto mediante análisis de superficie de respuesta. Se encontró que la mejor selectividad fue de 85% (5 mg de catalizador; 70 °C; 0,5 h y el uso de acetato de etilo como solvente). Adicionalmente, se determinaron los principales factores y sus combinaciones que tenían mayor significancia en la síntesis del aldehído ajustado a un modelo polinomial de segundo grado. Se encontró que los factores que tienen mayor influencia en la conversión son la cantidad de catalizador, tiempo de reacción, el tipo de solvente y el factor combinado entre la cantidad de catalizador y el tipo de solvente. En el caso de la selectividad hacia el producto deseado no se encontró ningún factor significativo.

Introducción

De la isomerización de epóxidos de monoterpenos se obtienen productos de alto valor agregado,  por  ejemplo,  de  la  isomerización  del  epóxido de β-pineno se obtienen alcohol perílico y mirtanal cuya aplicación se extiende incluso al tratamiento de enfermedades como el cáncer de próstata o el Alzheimer [1, 2]. El α-pineno, monoterpeno extraído del aceite de trementina [3], se puede epoxidar mediante sistemas catalíticos como complejos de metil-trioxorenio [4], ftalocianinas encapsuladas en sílica [5], nanopartículas de Au-Cu, Au-Co y Au-Ru [6], así como a través de materiales mesoporosos como la MCM-41 con Ti usando H₂O₂ como agente oxidante [4-7]. El epóxido de α-pineno 1 puede isomerizarse en productos termodinámicamente más estables como el aldehído canfolénico 2, pinocanfona, trans-carveol 3, pinocarveol 4, entre otros (Figura 1). El interés en la reacción de apertura o isomerización de 1 se ha centrado en   la síntesis de 2 por su amplia aplicación en la industria de fragancias [8].

Del mismo modo, se han reportado diferentes catalizadores homogéneos para la isomerización de 1 como el ZnCl₂ y ZnBr₂ de los cuales se obtuvieron como resultados 100% de conversión y selectividades mayores al 80% hacia 2 en la reacción de apertura de anillo de 1 [9]. Sin embargo, debido a la contaminación generada por el Zn y la compleja separación del catalizador en fase homogénea del medio de reacción, se han preferido diferentes catalizadores heterogéneos [10].